根據(jù)人眼角膜參數(shù)測量原理，角膜曲率半徑和屈光度具有如式(1)所示的函數(shù)關(guān)系:=337.5/r(1)
式中:為角膜屈光度，單位m－1;
r為角膜前表面曲率半徑，單位mm;
常數(shù)337.5是角膜屈光度轉(zhuǎn)換系數(shù)，只要知道曲率半徑即可精確得到角膜屈光度。因此，對(duì)人眼角膜參數(shù)的計(jì)量校準(zhǔn)可歸結(jié)到角膜曲率半徑和散光軸位兩項(xiàng)參數(shù)。
 
1 曲率半徑校準(zhǔn)
      正常人眼角膜中心區(qū)域近似為球面，因此最簡便有效的曲率半徑校準(zhǔn)方法是采用標(biāo)準(zhǔn)球面來模擬正常人眼角膜形態(tài)?；谇蛎嬖O(shè)計(jì)形式，利用圓柱體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，首次研制出曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)模擬眼。前表面采用凸、凹兩種表面形狀，后表面為磨砂平面并涂有褐色涂料，以模擬人眼黃斑。
 
      參照ISO10343要求，設(shè)計(jì)有3種半徑規(guī)格，區(qū)間如下:6.8mm，(7.5～8.1)mm，9.1mm。該種結(jié)構(gòu)的曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)模擬眼與國際上采用單一半徑的標(biāo)準(zhǔn)球結(jié)構(gòu)相比，不僅能覆蓋人眼角膜全量程測量范圍，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、便于夾持定位，既能解決人眼角膜曲率的計(jì)量校準(zhǔn)，也能解決接觸鏡曲率半徑的校準(zhǔn)。同時(shí)，基于角膜曲率半徑和屈光度之間的函數(shù)關(guān)系，凸球面曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)模擬眼還可以解決角膜屈光度的計(jì)量校準(zhǔn)，通用性強(qiáng)。
 
2 散光軸位校準(zhǔn)
      如果人眼角膜中心區(qū)域異常，不同方向的曲率半徑不同，造成其在各個(gè)方向的折光能力存在差異，就會(huì)引入人眼角膜散光。角膜散光軸位的計(jì)量校準(zhǔn)一直是行業(yè)內(nèi)亟待解決的技術(shù)難題。
 
      眼科臨床常用平柱透鏡或球柱透鏡來進(jìn)行散光矯治，從而使得兩個(gè)相互垂直、曲率半徑不同的主子午面內(nèi)的成像再次重合，達(dá)到視物清晰。ISO13666和GB/T26397對(duì)環(huán)曲面定義如下:由一條圓弧繞一條軸線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的表面的一部分，要求該軸線與圓弧位于同一平面內(nèi)，但并不能通過圓弧的曲率半徑中心。根據(jù)人眼角膜散光的產(chǎn)生機(jī)理可知，用于散光矯治的平柱透鏡或球柱透鏡就是環(huán)曲面透鏡的一種形式。環(huán)曲面在兩個(gè)相互垂直的主子午線方向存在曲率半徑極大值和極小值，相對(duì)應(yīng)存在屈光度極大值和極小值，兩者之差即反映角膜散光度。因此，利用環(huán)曲面的設(shè)計(jì)形式可以有效模擬帶有角膜散光的人眼角膜表面。
 
      在光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，環(huán)曲面通常有兩種設(shè)計(jì)形式:鼓形面和輪胎面。通過臨床調(diào)研和實(shí)驗(yàn)，鼓形面與帶有角膜散光的人眼角膜形態(tài)更為接近。參照人眼角膜參數(shù)測量范圍和精度要求，軸位標(biāo)準(zhǔn)模擬眼的環(huán)曲面由兩種規(guī)格類型組成。
Ⅰ型:Ｒ1=(8.000.20)mm，Ｒ2＜Ｒ1，Ｒ1－Ｒ2=(0.200.07)mm;
Ⅱ型:Ｒ1=(8.000.20)mm，Ｒ2＜Ｒ1，Ｒ1－Ｒ2=(0.400.07)mm。
為滿足人眼角膜散光軸位0～180范圍內(nèi)的準(zhǔn)確測量，軸位標(biāo)準(zhǔn)模擬眼至少應(yīng)能在0、45、90和135等4個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)定位。按照ISO10343推薦的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和軸位定位方法，研制出的基于圓柱體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的散光軸位標(biāo)準(zhǔn)模擬眼，前表面為環(huán)曲面，后表面為平面。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成八棱體外殼，中心通光孔徑為10mm。標(biāo)準(zhǔn)模擬眼的軸位定位原理如圖2所示，圖中，1是八棱體外殼;2是激光束;3是透鏡;4是投影屏。

 

      實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于環(huán)曲面兩個(gè)相互垂直方向的曲率半徑相差很小，僅為(0.20～0.40)mm，采用如圖2所示的透射成像標(biāo)定方法，兩個(gè)方向的成像非常接近，根本無法準(zhǔn)確判斷成像位置，實(shí)驗(yàn)證明ISO10343推薦的標(biāo)定方法雖然原理可行，但難于操作和實(shí)現(xiàn)。

 

      經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和方案論證，項(xiàng)目組提出采用方形柱體的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，前表面仍采用環(huán)曲面設(shè)計(jì)形式，后表面為磨砂平面，并涂有褐色涂料，以減少雜散光影響，并通過環(huán)曲面數(shù)字化車削加工技術(shù)來保證環(huán)曲面軸位方向與方形柱體基準(zhǔn)面的平行度，這樣在環(huán)曲面加工過程中就通過四棱體基準(zhǔn)面將軸位方向確定。配合設(shè)計(jì)具有內(nèi)方孔結(jié)構(gòu)的八棱體外殼及梯形測量支座，通過轉(zhuǎn)動(dòng)使八棱面分別與梯形測量支座基準(zhǔn)面接觸，即可實(shí)現(xiàn)0、45、90和135等4個(gè)軸位方向的機(jī)械定位。加工出的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)模擬眼如圖3所示。角膜散光軸位標(biāo)準(zhǔn)模擬眼的研制，首次提供了角膜散光軸位校準(zhǔn)的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，相比國際標(biāo)準(zhǔn)中的圓柱體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，更易實(shí)現(xiàn)加工和裝配中的軸位定位，結(jié)構(gòu)上具有創(chuàng)新，有效解決了散光軸位的計(jì)量校準(zhǔn)難題。

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